JP2008277548A - 太陽電池セルおよび太陽電池パネル - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池セル放電を抑制し、軽量、高実装効率、低コストの太陽電池パネルを提供する。
【解決手段】太陽電池セルは、矩形平面形の半導体基板上に長尺方向に平行な複数の受光面電極を持ち、太陽電池パネルは、列状に配置された複数個の太陽電池セルを直列接続した太陽電池ストリングを、互いに平行に配置して隣合う隣接端部を列間導電体によって互いに電気的に直列接続された太陽電池モジュールを構成したもの。
【効果】太陽電池セル間の放電を抑制するとともに、軽量で太陽電池実装効率が良くかつ低コストの太陽電池パネルを提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は太陽電池セルおよび太陽電池パネルに関するものである。

これまで太陽電池パネルを搭載した数多くの宇宙船が宇宙空間に打ち上げられてきたが、宇宙船が高機能化するにつれて、大電力の供給が可能な太陽電池パネルが必要となり、これに伴い太陽電池パネルの出力電圧を高くする必要がでてきた。太陽電池パネルは一般に、直列接続された太陽電池セルで構成した太陽電池ストリングを互いに平行に配置して、この太陽電池ストリングの隣り合う隣接端部を列間コネクタにより互いに電気的に接続して太陽電池セルを配置したものである。従って、太陽電池パネルの出力電圧が高くなると、太陽電池パネルを構成する直列接続された一連の太陽電池セルの折り返し部分である接続部分間の電位差が大きくなり、太陽電池セルの発生電力をエネルギー源とした放電が太陽電池セル間で発生しやすくなる。

従来の太陽電池セルにおいては、太陽光を受けて発生した電流が電池内を流れる距離を短くすることで内部抵抗による損失を減らし、電気変換効率を上げていた。故に、太陽電池セルの表面電極内を流れる電流の方向を電極方向とし、これと直角な方向を幅方向としたときに、太陽電池セルの電極方向の長さが横の長さ以下とされていた（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の太陽電池セルを使用した太陽電池パネルでは、放電を防ぐための対策として、例えばＲＴＶ接着剤等の絶縁材料を太陽電池間の間隙に充填し、絶縁バリアとして使用された太陽電池パネルが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

米国特許６，０３４，３２２（Ｆｉｇ．１） 特開平１１−２７４５４２号公報（第１１図、第１８図）

従来の太陽電池パネルにおいては、上述のように太陽電池セルの電極方向の長さが横の長さ以下とされていたため、太陽電池セルを直列に接続した際の直列数が多くなり、結果として接続の折り返し端部間で太陽電池セル間の電位差が大きくなり、太陽電池セル間の放電が発生しやすかった。

また従来の太陽電池パネルでは、例えばＲＴＶ接着剤等が太陽電池間の間隙に配置される絶縁バリアとして使用することも提案されているが、絶縁バリアとして使用する接着剤の分だけ重量が増加し、また接着剤の材料費、絶縁バリアを設置するための作業コスト、重量増加に伴うロケット打ち上げ費用増加などにより、コスト高となるという課題があった。

また、特許文献２によれば、一列の太陽電池ストリングの発生電圧をＶボルトとした場合に、隣合う太陽電池ストリングは折り返し電位の方向が逆方向で接続されているため、隣合う太陽電池列における太陽電池間での電位差は折り返した最下段は０ボルトで最も小さく、最上段が最大の２Ｖボルトとなり最も電位差が大きくなる。この最下段と最上段の間が最も電位差が大きく、放電を起こす危険性が高い部分となる。

太陽電池間の電位差が小さい程太陽電池間で放電が発生する危険性が小さいと記載されている（特許文献２、段落番号（００５１）参照）。したがって、もし太陽電池間の電位差を小さくすることができる太陽電池の配置構造が実現できれば、太陽電池間の放電を防ぐために有効である。

従ってこの発明の目的は、太陽電池間の間隙に絶縁バリアを設置せずに太陽電池間の放電を抑制することができる太陽電池セルおよび太陽電池パネルを提供することである。

この発明の太陽電池セルは、長尺寸法および短尺寸法を持つ平面形の半導体基板上に互いに平行な複数の受光面電極を持つ太陽電池セルであって、上記受光面電極は、上記長尺寸法に平行な方向に延びていることを特徴とする太陽電池セルである。

また、この発明の太陽電池パネルは、長尺寸法および短尺寸法を持つ平面形の半導体基板上に互いに平行な複数の受光面電極を持つ太陽電池セルであって、上記受光面電極は、上記長尺寸法に平行な方向に延びていることを特徴とする太陽電池セル、および列状に配置された複数個の上記太陽電池セルを電気的に直列接続するインターコネクタを備えた太陽電池ストリングと、互いに平行に配置された複数の上記太陽電池ストリングの隣合う隣接端部を互いに電気的に直列接続された太陽電池モジュールを構成する列間導電体とを備えたことを特徴とする太陽電池パネルである。

この発明の太陽電池セルおよび太陽電池パネルによれば、太陽電池セル間の放電を抑制するとともに、軽量で太陽電池実装効率が良くかつ低コストの太陽電池パネルを提供できる。

実施の形態１．
図１はこの発明の太陽電池セル１を示す概略斜視図である。太陽電池セル１は、光発電用の半導体基板２と、この半導体基板２の太陽光受光面上に設けられて半導体基板２内に発生した電流を収集するための受光面電極３と、半導体基板２の一端縁に沿って設けられて、各々の受光面電極３の一端に接続され、受光面電極３によって収集された電流を合流させて取り出すためのバー電極４とを備えている。図示はしてないが半導体基板２の裏面には表面電極が設けられている。

半導体基板２は、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層を有し、図１に示すように長尺寸法Ｌとこの長尺寸法Ｌよりも短い短尺寸法Ｗとを持つ矩形のものである。この出願において半導体基板２について「矩形」とは、正方形を除く長方形、平行四辺形、台形等の四角形を含み、四角形の角部を三角形状にあるいは丸く隅切りしたものなど、全体として長さ寸法と幅寸法を持つ矩形を意味する。この発明の主旨からして、その他の多角形、楕円形等であっても、全体として太陽電池用の半導体基板として採用できて長尺寸法と短尺寸法とを持つ平面形であれば、「矩形」と考えられる。

受光面電極３は互いに平行な多数の直線導体であって、矩形の半導体基板２の幅寸法Ｗの方向ではなく、長さ寸法Ｌの方向に延びている。換言すれば、半導体基板２は、受光面電極３が延びている方向である電極方向寸法、即ち長さ寸法Ｌが、これと直角な方向の幅寸法Ｗよりも大きくされている。また、半導体基板２が矩形であって、長さ寸法Ｌが、幅寸法Ｗの１．５倍から４倍の範囲内にあることが望ましい。また、図１に示す受光面電極（グリッド電極）３とバー電極４の形状および数は一例である。

長さ寸法Ｌが幅寸法Ｗの１．５倍よりも小さいと後に説明する太陽電池ストリングの折り返し端部間の電位差の減少効果が小さくなり、４倍よりも大きいと太陽電池セル１自体の生産効率が低下して実用的でなくなる。

図２はこの発明の太陽電池セル１を互いに接続して構成した２つの太陽電池セル１からなる太陽電池ストリング５の分解斜視図である。図２において、太陽電池セル１の裏面の表面電極（図示してない）に、インターコネクタ６の一端が接続され、インターコネクタ６の他端は接続すべき太陽電池セル１のバー電極４に接続される。また、受光面側には接着剤７によってカバーガラス８が接着される。インターコネクタ６を、太陽電池セル１に接続することにより、二つの太陽電池セル１が互いに電気的に直列に接続される。

ここで、図２に示すインターコネクタ６の形状および数は一例であり、また太陽電池ストリング５を構成する太陽電池セル１の数も一例にしか過ぎず、実用上は３２個以上、十数個以上の太陽電池セル１を直列接続して太陽電池ストリング５を構成するのが普通である。

図３は図１に示す太陽電池セル１を複数個インターコネクタ６で直列接続して複数の太陽電池ストリング５を構成し、この太陽電池ストリングを互いに平行に配置して、隣り合う端部を互いに列間導電体９によって互いに電気的に接続して太陽電池ストリング５を構成した太陽電池パネル１０を示す図である。太陽電池パネル１０は図示してない架台やフレームに搭載されていても良い。

図３において、一つの太陽電池ストリング５内にインターコネクタ６によって直列接続されている太陽電池セル１の数をｎ個とし、太陽電池セル１の１個当たりの出力電圧をｕボルトとすると、最大出力電圧Ｖ＝ｎ・ｕボルトの太陽電池ストリング５が構成されていることになる。或る太陽電池ストリング５とこれに隣接している太陽電池ストリング５とは、列間導電体９によって電気的直列に接続され、同様にして合計ｍ個の太陽電池ストリング５が電気的に直列接続されていると、合計ｎ・ｍ枚の太陽電池セル１が電気的に直列接続されていることになる。

またこのとき、太陽電池セル１が実装される範囲の寸法は、太陽電池セル１に電流が流れる方向（半導体基板２の長尺寸法Ｌの方向）にＬ・ｎ、これと概垂直な方向（半導体基板２の短尺寸法Ｗの方向）にはＷ・ｍとなる。また、太陽電池セル１の１枚の面積は、Ｌ・Ｗとなる。

このように構成された太陽電池パネル１０では、隣接する太陽電池ストリング５の端部の太陽電池セル１の間の電位差が最大でも２ｎ・ｕボルトに抑えられる。

これに比べ、従来技術においては、太陽電池セルの大きさ即ち面積Ｌ・Ｗが同じである場合に、この発明における太陽電池セル１が実装される長さ（Ｌ・ｎ）×長さ（Ｗ・ｍ）の範囲と同じ範囲に太陽電池セルを実装するとすれば、太陽電池の電流が流れる方向の長さ（受光面電極の方向即ち短尺寸法）がＷ、これと概垂直な方向の長さ（長尺寸法）がＬであって、Ｗ≦Ｌであるため、一つの太陽電池ストリング内の直列接続された太陽電池セルの数はｎ・（Ｌ／Ｗ）となり、ｎより大きくなる。

したがって、従来技術においては、太陽電池間の電位差は２ｎ・ｕ・（Ｌ／Ｗ）ボルトとなるが、これに比べ、この発明では２ｎ・ｕボルトとなり、電位差を（Ｗ／Ｌ）倍小さく抑えることができることが分かる。より具体的には、従来技術において実際に使用されている太陽電池セルの多くは、Ｗ≒２Ｌの形状をしているが、この発明によってＬ≒２Ｗの形状の太陽電池を使用すれば、太陽電池間の電位差は、従来２ｎ・ｕ・（Ｌ／Ｗ）＝４ｎ・ｕであったのに対し、２ｎ・ｕボルトと半減させることが可能である。

なお、この発明によれば、太陽電池内を流れる電流の方向を長尺方向、これと概垂直な方向を横方向（短尺方向）としたときに、縦が横より長い形状の太陽電池を使用するため、太陽電池セル１内の内部抵抗による損失が若干増加するが、発生した電流を収集するための受光面電極３（グリッド電極）の高さを高くすることで損失を抑えることが可能である。また、高効率のガリウム砒素系太陽電池においては、発生電流そのものは小さく発生電圧が大きい特徴を有しているが、発生電流が小さいために内部抵抗による損失も小さく、縦が横より長くなることによる損失は小さい。

この発明による太陽電池セルの概略斜視図である。 図１の太陽電池セルを直列接続した太陽電池ストリングを示す概略分解斜視図である。 図２の太陽電池ストリングを複数個並列配置して列間導電体で互いに直列接続した太陽電池パネルを示す概略図である。

符号の説明

１ 太陽電池セル、２ 半導体基板、３ 受光面電極、４ バー電極、５ 太陽電池ストリング、６ インターコネクタ、７ 接着剤、８ カバーガラス、９ 列間導電体、１０ 太陽電池パネル。

Claims (3)

1. 長尺寸法および短尺寸法を持つ平面形の半導体基板上に互いに平行な複数の受光面電極を持つ太陽電池セルであって、上記受光面電極は、上記長尺寸法に平行な方向に延びていることを特徴とする太陽電池セル。
2. 上記長尺寸法が、上記短尺寸法の１．５倍から４倍であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
3. 長尺寸法および短尺寸法を持つ平面形の半導体基板上に互いに平行な複数の受光面電極を持つ太陽電池セルであって、上記受光面電極は、上記長尺寸法に平行な方向に延びている太陽電池セル、および列状に配置された複数個の上記太陽電池セルを電気的に直列接続するインターコネクタを備えた太陽電池ストリングと、
   互いに平行に配置された複数の上記太陽電池ストリングの隣合う隣接端部を互いに電気的に直列接続された太陽電池モジュールを構成する列間導電体とを備えたことを特徴とする太陽電池パネル。

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